UNIVERSIDAD NACIONAL DE ASUNCIÓN

Facultad de Ingeniería

Procedimiento de Ensayo de Tracción

Integrantes:

BeltránEliser Samaniego Montiel – 3.807.369 – Civil

Marcelo Daniel Giménez Oviedo – 3.218.333 – Civil

PROCEDIMIENTO DE ENSAYO DE TRACCIÓN

1- Introducción

En la actualidad, estamos rodeados de elementos hechos de plásticos, para diferentes tipos de usos. Para ello, existen una amplia gama de materiales plásticos, con propiedades diferentes: algunos frágiles, otros dúctiles, algunos que resisten más al calor que otros, unos transparentes, otros opacos entre otros.

Presentamos el siguiente trabajo, con el fin de visualizar la diferencia mecánica entre dos plásticos diferentes: el Polietileno (PE) y el Poliestireno (PS). Dicha diferencia lo dejaremos plasmada en los gráficos de Tensión-deformación.

2- OBJETIVOS

Establecer la metodología para la realización del ensayo de tracción en el laboratorio de tecnología del plástico

3- ALCANCE

Es aplicable a los ensayos de tracción a realizar en el laboratorio de tecnología del plástico de la FIUNA, en probetas de materiales plásticos y en casos especiales en probetas de láminas metálicas delgadas, cuya fuerza de tracción máxima sea inferior a la máxima fuerza especificada de equipo

4- DEFINICIONES Y ABREVIATURAS

Lo= Longitud de referencia inicial

Lf= Longitud de referencia final

∆ L=¿ Alargamiento ( Lf – Lo)

ε=¿ Deformación unitaria

σ r=¿ Tensión de rotura

σ f=¿ Tensión de fluencia

σ m=¿ Tensión máxima

σ p=¿ Tensión del límite de proporcionalidad

So= Sección inicial de la probeta

Fm= Carga máxima alcanzada durante el ensayo

Ff= Carga de fluencia

Fr= Carga de rotura

E= Módulo de elasticidad

5- GENERALIDADES

El ensayo de tracción consiste en someter una probeta a una carga creciente en dirección axial con el propósito de determinar las propiedades mecánicas del material ensayado; las principales propiedades mecánicas que se determinan con el ensayo de tracción son:

Resistencia a la tracción: Cociente entre la carga máxima a que se somete la

probeta durante el ensayo y la sección inicial de la probeta; (σ m=FmSo

)

Tensión de fluencia: Cociente entre la carga de fluencia (obtenida del grafico) y la sección inicial de la probeta;

Tensión de rotura: Cociente entre la carga de rotura y la sección inicial de la probeta;

Deformación unitaria: Cociente entre la diferencia de longitudes de referencia final e inicial y la longitud de referencia inicial;

Módulo de elasticidad: Es la pendiente de una recta que va desde el origen hasta un punto límite de proporcionalidad del material.

Los materiales de ensayo que utilizaremos serán PE-AD (Polietileno de alta densidad) y PMMA (Poli(metacrilato de metilo), ya que estos presentan propiedades muy distintas en cuanto a su elasticidad, así tenemos que el PE-AD es dúctil y el PMMA es frágil. Otras propiedades de estos materiales son:

PE-AD (Polietileno de alta densidad):

Propiedades Mecánicas: Alta rigidez, estabilidad a la temperatura y estabilidad de forma, buena dureza superficial, resistente a la ebullición y esterilizable.

Densidad: 0.94 - 0.96 g/cm3

Temperatura de Trabajo: 260 – 250 – 230 – 210 ºC

PMMA (Poli(metacrilato de metilo)):

Nombre comercial: Acrílico o plexiglás

Propiedades mecánicas: duros y rígidos, pero frágiles. Buena resistencia a la tracción, flexión y compresión, con poca capacidad de deformación (a excepción de la compresión). Buena resistencia al rayado.

Densidad: 1.19 g/cm3

6- REALIZACIÓN (DESARROLLO)

6.1. EQUIPOS Y MATERIALES Maquina universal de ensayos Zwick 1445 4 probetas normalizadas según ANEXO

2 probetas de PE-AD 2 probetas de PMMA

Calibre Marcador indeleble

Regla

6.2. PREPARATIVOS

Verificación del funcionamiento de la máquina de ensayos Una vez encendida la máquina ésta debe resetearse mediante el botón

rojo “Reset”(ver fig. 1 ANEXO) Verificar que la máquina se encuentre programada para ensayo a

tracción (ver fig. 1 ANEXO) Preparación de la probeta:

Las probetas normalizadas se mecanizarán de acuerdo a la norma a aplicar (ver ANEXO1)

Trazar una línea longitudinal por el centro de probeta Determinación de la sección inicial expresada en mm2

Espesor x ancho (realizar esta medición empleando el calibre) Temperatura de ensayo

El ensayo se debe realizar a temperatura ambiente, entre 10 y 35º C Se registrará la temperatura ambiente del laboratorio al momento de

realizar el ensayo

6.3. PROCESO DE ENSAYO

Colocación de la probeta De posicionará la misma de manera que la carga se transmita en forma

axial (centrar correctamente la probeta) y no haya flexión o torsión durante el ensayo

Colocarla primero en la mordaza inferior Asegurarse que coincidan el eje central longitudinal de la probeta y el

unto medio de la mordaza (tanto en la mordaza inferior como la superior), para garantizar que la probeta se encuentra bien alineada y centrada

Para movimientos de la mordaza inferior, el control remoto debe estar en la posición “Pos” (ver fig. 2 ANEXO)

Regular la velocidad de movimiento con la perilla de velocidad indicada en la fig. 2, ANEXO2

Una vez sujeta en la parte inferior y superior controlar que no esté comprimida (verificación visual) ni reacciona, verificado si la mordaza no se encuentra bloqueada, ya que si esto sucede significa que la probeta ya se encuentra traccionada

Longitud inicial (Lo) Medir la longitud libre de la probeta entre mordazas

Grabar esa longitud en la maquina: con el botón “Param” posicionarse en “Lo” y digitar la medida en mm (ver fig. 1 ANEXO)

Velocidad de ensayo Velocidad PE: 4mm/min Velocidad PMMA: 1mm/min La velocidad se determina con el botón “CI.-Lp” en la posición “V1 var”

Inicio de ensayo Desactivar la tecla “Pos” (ver fig. 2 ANEXO) Ajustar la fuerza a cero con la perilla indicada en la fig.3, ANEXO (la

unidad de medida de la fuerza en la máquina está dada en N y kN ) Se inicia el movimiento presionando la tecla “avance hacia abajo”

Extracción de la probeta Al romperse la probeta, se debe detener la máquina con el botón

“STOP” del control remoto. Luego se puede proceder a retirar la probeta liberándola de las mordazas

6.4. REGISTRO DE LOS RESULTADOS

Datos iniciales En la planilla de ensayo de tracción de ANEXO se registrarán, en la casilla

correspondiente los datos de temperatura ambiente, sección inicial, longitud de referencia inicial, fuerza y alargamientos medidos en la máquina

Al principio se deben anotar los datos de la fuerzas con intervalos de 50 – 100 N (atender cuando los valores pasan a kN) y luego en intervalos menores (cuando sobrepase el límite de proporcionalidad). Simultáneamente, se deben anotar las deformaciones dadas en mm, correspondiente a cada fuerza

Trabajo práctico Realizar un relatorio del ensayo realizado, especificando en él, el

procedimiento resumido del ensayo, los posibles errores introducidos, conclusiones y cualquier observación que el alumno crea conveniente

Realizar en Excel 2 gráficos de Tensión vs. Deformación, uno de cada material con su respectiva tabla de valores

Realizar el cálculo y señalar en el gráfico los siguientes valores:1. Módulo de elasticidad E2. Tensión máxima y su correspondiente deformación unitaria (σ m y εm)3. Tensión y deformación unitaria de rotura (σ r y εr)4. Tensión y deformación unitaria del límite de proporcionalidad (σ p y ε p)5. Tensión y deformación unitaria de fluencia mediante el “método de

desplazamiento o corrimiento” (σ f y εf )

6. Calcular el error comparando los valores teóricos y los de ensayo

%Desviaciónde resultados=|Valor teórico−Valor experimental|

Valor teórico

Valores teóricos PE-AD:

σ f=20−30N /mm2

ε f=12%

E≅ 1000N /mm2

σ m≅ 33N /mm2

εm=20%

Valores teóricos PMMA:

E=1000N /mm2

σ m=60−70N /mm2

ε r=3−45%

7- Relatorio

Nos presentamos al laboratorio de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional de Asunción, a las 19 Hs del día miércoles 10 de abril del presente año, con el fin de realizar el ensayo de tracción de probetas de plástico. En la guía se mencionan dos plásticos: El polietileno (PE), y el Polimetilmetacrilato (PMMA), sin embargo, no poseíamos probetas de éste último, por tanto lo sustituimos por el Poliestireno (PS). (Información del Poliestireno en el ANEXO).

Primeramente, la encargada del laboratorio, nos indicó algunos puntos importantes para la realización del ensayo, como ser: los preparativos para la realización del ensayo en sí mismo; repaso del grafico tensión-deformación y los elementos que en él se definen, tales como tensión-deformación de proporcionalidad, tensión-deformación de fluencia, tensión-deformación de rotura, tensión-deformación máxima, módulo de Young.

Procedimos a la lectura de la temperatura indicada en el termómetro de mercurio ubicado en el laboratorio, siendo el mismo de 26°C. Luego medimos con la ayuda de un calibre, las dimensiones de las probetas proporcionadas por la encargada del laboratorio sin ninguna dificultad significativa. Trazamos, con bastante dificultad en la probeta, una línea lo más próximo a su eje longitudinal, para que al ubicar en las mordazas inferior y superior, quede lo más centrada posible a dichas mordazas y así evitar posibles esfuerzos de torsión y flexión. La dificultad al trazar, se debió a las características del material utilizado para el trazo. Una vez ubicada adecuadamente la probeta, se procedió a la medición de la distancia entre mordazas con cinta métrica, lo cual significó la posible introducción de errores, debido a la imprecisión del instrumento. Este procedimiento lo realizamos en modo “POS” de la máquina Universal de Ensayos.

Verificamos que el medidor de la máquina se encontrase en cero, ya que si no fuese así, habría tensiones iniciales residuales, que afectarían el grafico deseado. Los datos obtenidos en la medición lo introducimos en la máquina con el botón “PARAM” en la posición “Lo”. Configuramos la velocidad de tracción que tanto para el PE y PS fue de 5 milímetros por segundo con el botón “CI.-Lp.” En la posición “V1 VAR”. Aclaramos que no fueron las velocidades indicadas en la guía, ya que si así hubiese sido, tardaría más en llegar a la rotura, y no disponíamos del tiempo suficiente.

Iniciamos la tracción del material. No fue necesaria la anotación de los valores de fuerza y deformación de manera manual, obtenidos por la máquina, ya que el mismo era proporcionado por un software instalado en un ordenador conectado a la Máquina Universal de Ensayos. Una vez alcanzado la rotura de la probeta, nos aseguramos que la máquina se encontrara en “STOP” para extraer los restos del material de la mordaza. Así culmina la experiencia en el laboratorio.

Los datos registrados fueron enviados por la encargada del laboratorio a nuestros respectivos correos electrónicos, en formato de hoja de cálculo de Microsoft EXCEL de manera a que podamos graficar las tensiones-deformaciones de ambos materiales, y determinar los valores críticos como tensión-deformación de proporcionalidad, tensión-deformación de fluencia, tensión-deformación de rotura,tensión-deformación máxima y módulo de Young.

8- Planilla de Resultados

Polietileno (Pe)So 34,65 mm2

Lo 114 mm

Fuerza Desplazamiento Tensión Tensión Q

(N) ΔL (mm) (N/cm2) (N/mm2) Unitaria ε0 0 0,00 0,00 0,0000

60 0,44 173,16 1,73 0,003970 0,47 202,02 2,02 0,0041

110 0,8 317,46 3,17 0,0070120 0,81 346,32 3,46 0,0071130 0,83 375,18 3,75 0,0073190 1,17 548,34 5,48 0,0103200 1,19 577,20 5,77 0,0104260 1,54 750,36 7,50 0,0135310 1,89 894,66 8,95 0,0166320 1,9 923,52 9,24 0,0167380 2,25 1.096,68 10,97 0,0197430 2,61 1.240,98 12,41 0,0229480 2,96 1.385,28 13,85 0,0260520 3,33 1.500,72 15,01 0,0292530 3,35 1.529,58 15,30 0,0294570 3,69 1.645,02 16,45 0,0324560 3,7 1.616,16 16,16 0,0325600 4,04 1.731,60 17,32 0,0354640 4,4 1.847,04 18,47 0,0386670 4,76 1.933,62 19,34 0,0418700 5,11 2.020,20 20,20 0,0448730 5,48 2.106,78 21,07 0,0481720 5,49 2.077,92 20,78 0,0482760 5,84 2.193,36 21,93 0,0512790 6,19 2.279,94 22,80 0,0543770 6,2 2.222,22 22,22 0,0544780 6,21 2.251,08 22,51 0,0545800 6,56 2.308,80 23,09 0,0575810 6,59 2.337,66 23,38 0,0578830 6,92 2.395,38 23,95 0,0607820 6,93 2.366,52 23,67 0,0608850 7,28 2.453,10 24,53 0,0639860 7,3 2.481,96 24,82 0,0640870 7,64 2.510,82 25,11 0,0670880 7,66 2.539,68 25,40 0,0672890 8,01 2.568,54 25,69 0,0703910 8,36 2.626,26 26,26 0,0733900 8,37 2.597,40 25,97 0,0734

Fuerza Desplazamiento Tensión Tensión Q

(N) ΔL (mm) (N/cm2) (N/mm2) Unitaria ε920 8,73 2.655,12 26,55 0,0766940 9,08 2.712,84 27,13 0,0796

950 9,44 2.741,70 27,42 0,0828960 9,46 2.770,56 27,71 0,0830970 9,81 2.799,42 27,99 0,0861980 10,15 2.828,28 28,28 0,0890990 10,52 2.857,14 28,57 0,0923

1.000 10,89 2.886,00 28,86 0,09551.010 11,6 2.914,86 29,15 0,10181.020 12,33 2.943,72 29,44 0,10821.030 13,05 2.972,58 29,73 0,11451.040 15,54 3.001,44 30,01 0,1363930 31,75 2.683,98 26,84 0,2785840 67,04 2.424,24 24,24 0,5881750 70,27 2.164,50 21,65 0,6164

Poliestireno (Ps)So 44,88 mm2

Lo 125 Mm

Fuerza Desplazamiento Tensión TensiónDeformació

n

(N) ΔL (mm) (N/cm2)(N/

mm2) Unitaria ε0 0 0,00 0,00 0,0000

10 0,03 22,28 0,22 0,0002

150 0,39 334,22 3,34 0,0031160 0,4 356,51 3,57 0,0032

380 0,75 846,70 8,47 0,0060400 0,76 891,27 8,91 0,0061390 0,77 868,98 8,69 0,0062640 1,11 1.426,02 14,26 0,0089650 1,13 1.448,31 14,48 0,0090660 1,14 1.470,59 14,71 0,0091920 1,46 2.049,91 20,50 0,0117930 1,47 2.072,19 20,72 0,0118950 1,49 2.116,76 21,17 0,0119

1220 1,82 2.718,36 27,18 0,01461230 1,83 2.740,64 27,41 0,01461250 1,85 2.785,20 27,85 0,01481550 2,18 3.453,65 34,54 0,01741540 2,19 3.431,37 34,31 0,01751830 2,53 4.077,54 40,78 0,02021840 2,54 4.099,82 41,00 0,02032110 2,92 4.701,43 47,01 0,02342120 2,93 4.723,71 47,24 0,02342130 2,94 4.745,99 47,46 0,02352390 3,27 5.325,31 53,25 0,02622380 3,28 5.303,03 53,03 0,0262

2410 3,3 5.369,88 53,70 0,02642650 3,62 5.904,63 59,05 0,02902640 3,63 5.882,35 58,82 0,02902870 3,98 6.394,83 63,95 0,03182890 3,99 6.439,39 64,39 0,03192900 4,01 6.461,68 64,62 0,03213120 4,34 6.951,87 69,52 0,03473130 4,36 6.974,15 69,74 0,03493140 4,37 6.996,43 69,96 0,03503330 4,69 7.419,79 74,20 0,03753340 4,71 7.442,07 74,42 0,03773350 4,72 7.464,35 74,64 0,03783540 5,05 7.887,70 78,88 0,04043530 5,06 7.865,42 78,65 0,04053550 5,08 7.909,98 79,10 0,0406

9- Gráfico

0.0000 0.2000 0.4000 0.6000 0.80000.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

35.00

40.00

Polietileno ModificativoRecta de Proporcional-idadRecta de Corrimiento

r=21,65 N/mm2

30

25

20

15

f=20,20 N/mm2

p=17,32 N/mm2

max=30,01 N/mm2

0.0000 0.0200 0.0400 0.0600 0.08000.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

120.00

140.00

PoliestilenoRecta de ProporcionalidadRecta de Corrimiento

10- Cálculo de Errores

Plástico: Polietileno Valor Teorico Valor Observado Error PorcentualMódulo de Elasticidad € 1000 489,2655 51,07%Tensión de Fluencia (σp) 25 20,2 19,20%

Deformación unitaria de fluencia (εf) 12 % 4,48 % 62,67 %Tensión Máxima (σmax) 33 30,01 9,06%

Deformación unitaria Máxima (εmax) 20 % 13,63 % 31,9 %

11- Análisis de los gráficos

Como es de apreciarse, en el grafico de Tensión-deformación, del Poliestireno (PS), éste apenas se deforma, y lo hace recién cerca de su de rotura, lo que es de esperarse de un material frágil. Sin embargo en el gráfico del Polietileno (PE), podemos observar que el mismo se deforma significativamente antes de llegar a su rotura, característica de los materiales dúctiles. Notamos además que para el PE éste se deforma aun cuando la tensión que lo tracciona disminuye. Nos percatamos de igual manera que los valores de tensión, tanto de proporcionalidad, de fluencia y máxima, son mayores en el Poliestireno, que en el Polietileno.

p=69,52 N/mm2

f=79,10 N/mm2

max=98,26 N/mm2

r=98,04 N/mm2

12- Conclusión

A través de la experiencia en el laboratorio, se tornó significativo lo adquirido en la teoría de la cátedra de Mecánica de Materiales, ya que pudimos visualizar con detalle el fenómeno de tracción de un material, y la diferencia existente entre uno frágil, y otro dúctil.

Nos encontramos con ciertas dificultades a la hora de la realización del grafico tensión-deformación para el polietileno, ya que los valores proporcionados por la encargada del laboratorio, poseía tres datos aleatorios cualesquiera; uno de fuerza y dos de deformación unitaria. Creemos que los mismos fueron causados por un cierto desfasaje entre la Máquina Universal de Ensayo, y el computador donde se almacenaban los datos obtenidos de la misma. Estos datos lo modificamos por valores estimados.(Ver figuras 3,4 y 5 del ANEXO)

Una vez obtenido ambos gráficos, logramos observar los valores críticos en la curva. Nuestros valores observados fueron:

Polietileno (PE) Tensión (N/mm2) Deformación unitaria

De proporcionalidad 17,32 0,0354De Fluencia 20,2 0,0448

Máxima 30,01 0,1363

De rotura 21,65 0,6164

Módulo de elasticidad 489,266 (N/mm2)

Poliestireno (PS) Tensión (N/mm2) Deformación unitaria

De proporcionalidad 69,52 0,0347De Fluencia 79,1 0,0406

Máxima 98,26 0,0692

De rotura 98,04 0,0663

Módulo de elasticidad 2003,458 (N/mm2)

Para la determinación de la tensión de fluencia fue utilizado el método del desplazamiento, o de corrimiento, el cual consiste en trazar una línea recta en el diagrama de esfuerzo-deformación unitaria paralela a la línea de proporcionalidad pero desplazada en cierta deformación unitaria estándar, como 0,002 o 0,2%. La intersección de la línea desplazada y la curva define el esfuerzo de fluencia.(Ver figura 6 del ANEXO)

El cálculo del error, fue realizado solamente para el plástico polietileno, ya que solo se nos fue otorgado los valores teóricos de éstos. Obtuvimos un error bastante significativo para el módulo de elasticidad (51,07%) el cual pudo haber sido ocasionado por una mala medida de las dimensiones de la probeta utilizada, o problemas del software, el cual nos proporcionó los datos para el grafico.

13- Anexo

Figura 1 Figura 2

Figura 4 Figura 5

PS (Poliestireno):

El poliestireno "compacto" (sin inyección de gas en su interior) presenta la conductividad térmica más baja de todos los termoplásticos.

Sin embargo, tiene relativamente poca resistencia a la temperatura, ya que reblandece entre 85 y 105 °C (el valor exacto depende del contenido en aceite mineral). Cuando el poliestireno es calentado las cadenas son capaces de tomar numerosas conformaciones.

Cuadro de ciertas propiedades mecánicas

Figura 6

14- Bibliografía- Manual del Inyectador; Inyección de Termoplásticos

J. L. Arazo UrracaEditorial Emitec

- Guía de Materiales PlásticosHellerich/Harsch/HaenieEditorial Hanser

- Introducción a la Mecánica de SólidosEgor P. PopovEditorial Limusa

- KunstoffkundeOtto SchwarzEditorial Vogel

- Manual de la Máquina Universal de Ensayos Zwick 1445.- Wikipedia - Resistencia de Materiales

Luis Ortiz BerrocalEditorial McGraw-Hill