Resistencia De Materiales Informe - Ensayos De Flexión

8/2/2019 Resistencia De Materiales Informe - Ensayos De Flexión

http://slidepdf.com/reader/full/resistencia-de-materiales-informe-ensayos-de-flexion 1/25

Universidad Pedagógica Y Tecnológica De Colombia

Seccional Duitama RESISTENCIA DE MATERIALES

Escuela De Ingeniería Electromecánica

ENSAYOS DE FLEXIÓN

JASSON RICARDO DÍAZ LEÓN

RICARDO ALONSO ESTEPA ESTUPIÑÁN

MILTON GIUSEPPE RINCÓN CHAPARRO

ING.

OTTO CARO NIÑO

UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA

FACULTAD SECCIONAL DUITAMA

INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA

2012






INTRODUCCIÓN

El desarrollo de ensayos en los que se determinan las propiedades mecánicas de un

material le permite ingeniero tomar buenas decisiones al momento de diseñar las diversas

máquinas y estructuras que estén sometidas a una carga exterior, que causa es causa de

deformaciones y daños en las piezas, ya que por seguridad en cualquier práctica de

ingeniería es necesario saber cómo responden los materiales a fuerzas externas antes de

darles su uso final.






OBJETIVOS

Determinar el comportamiento de diferentes materiales cuando se someten a flexión

o a tensión muestras de los mismos.

Conocer las ventajas de un nuevo método llamado TRACCIÓN INDIRECTA O MÉTODO

BRASILERO.

Determinar si material es adecuado para uso planeado, basados en los resultados

obtenidos.

Buscar las causas por las cuales el material no arrojo los resultas esperados si es que

esto pasa.

Corregir las características del material si los resultados no son los deseados es decir,

no soporta los esfuerzos para los que la pieza está diseñada.

Interpretar la curvas de esfuerzo y deformación con los datos arrojados por la

maquina universal en el computador.

Conocer el funcionamiento de las diferentes máquinas y equipos usados en el análisis

de esfuerzos de un material.






MARCO TEÓRICO

CONCRETO.

Concreto es un material de construcción bastante resistente constituido básicamente de

graba, cemento, arena y agua, el cual se trabaja en su forma líquida, por lo que puede

adoptar cualquier forma.

El concreto puede ser usado para la construcción de pavimentos o para construir

estructuras, en cualquiera de los casos, el concreto se diseña para soportar cargas de

compresión principalmente, es reforzado con acero para soportar cargas de flexión, de

tracción o de cortante; las cargas de flexión o tracción son soportadas en las vigas por

barras de acero longitudinales, mientras que el esfuerzo a cortante es soportado por

flejes, que son barras de acero que se colocan uniendo las barras longitudinales.

Para el caso de los pavimentos, se utiliza concreto como un pavimento rígido, mientras

que para pavimentos flexibles se utiliza en asfalto. Las cargas que soporta el pavimento

son de flexión y de tracción.

PROBETAS.

La probeta es una muestra del material al que se le realizan diferentes pruebas para

conocer algunas características de cada muestra, la geometría de una probeta depende

del análisis a realizarle lo mismo que sus dimensiones.






MÁQUINA UNIVERSAL

La máquina universal es semejante a una prensa hidráulica con la que es posible someter

materiales a ensayos de tracción y compresión. Al ser hidráulica permite aplicarle una

gran carga de forma controlada y ascendente además que tiene un sistema de recolección

de datos de forma sistematizada y exacta.

Maquina Universal 1






TRACCIÓN INDIRECTA

El Ensayo de tracción indirecta utiliza un sistema diseñado en Brasil para determinar la

resistencia a de ciertos materiales a la tracción.

Antes del método de tracción indirecta se utilizaba un método de tracción directa, donde

las probetas se pegaban a unos soportes especiales mediante un aditivo especifico.

La difícil obtención de este aditivo y la baja efectividad lo hacía un ensayo bastante

complejo. El método brasilero ofrece mejores, resultados, mayor facilidad y menores

costos.

ENSAYO DE FLEXIÓN

El esfuerzo de flexión puro o simple se obtiene cuando se aplican sobre un cuerpo pares

de fuerza perpendiculares a su eje longitudinal, de modo que provoquen el giro de las

secciones transversales con respecto a las secciones adyacentes.

El ensayo de flexión nos permite calcular el módulo de rotura de un material. Este módulo

nos indica cual es el esfuerzo máximo que soporta el material al ser sometido a una carga

de flexión.






MATERIALES Y EQUIPOS

Probetas: Concreto, madera y fibra de vidrio.

Bascula (digital)

Maquina universal.

Reglilla.

Computador.

Soportes

DESARROLLO DE LA PRÁCTICA

Una vez en el laboratorio el ingeniero nos dio una muy buena introducción, en la cual nos

dio a conocer la existencia del método de tracción indirecta o método brasilero ideal paraanalizar esfuerzos como los que soporta un pavimento.

Ensayo De tracción indirecta

La probeta es de forma cilíndrica plana en las caras y de pared lisa, de concreto utilizado

como pavimento, para la construcción de vías. El objetivo de este ensayo es hallar la

resistencia a la tracción de una columna de este material. Para ello se utiliza el método

Brasilero o de tracción indirecta, método que describiremos a continuación:

El primer paso es tomar las medidas de la probeta (longitud, diámetro y peso).

Para este caso las medidas fueron:






Longitud= 30,5cm.

Diámetro=15cm

Peso=12564 g

Se coloca el soporte y en él la probeta, se alinea y luego se coloca la placa superior del

soporte (esta placa distribuye la carga uniformemente a lo largo de la probeta)

. Ensayo de Tracción Indirecta 1

Se aplica carga a la probeta a velocidad tal que tenga un avance de 0.5mm/min hasta que

llega a la ruptura en un plano longitudinal.

La máquina Universal arroja los datos graficados a continuación:






Grafica de Deflexión Vs Carga Aplicada 1

Podemos ver que la carga llega al punto máximo en donde la probeta se rompe y la

máquina deja de tomar lecturas.

Con los datos tomados podemos hallar la resistencia a la rotura por tracción indirecta con

la siguiente ecuación:






Donde:

St=Resistencia a la rotura por tracción indirecta;

Pmax= Carga máxima o de rotura

L=longitud de la probeta

d=diámetro de la probeta

Así tenemos:

Flexión de una viga de concreto

La probeta utilizada es de poliedro de secciones transversales rectangulares, de caras

planas y hechas de un concreto utilizado en la construcción de vigas en estructuras de

edificios donde la resistencia al cortante y a la flexión son muy importantes. El objetivo del

ensayo de flexión es determinar el módulo de rotura del material. Para ello se sigue el

siguiente procedimiento:

Primero se toman las dimensiones de la probeta (longitud, base, altura y peso)

Para este caso las medidas tomadas son:

Longitud=450 mm

Base=153mm

Altura=156mm

Peso=29 kg






Medición Del Peso de La Probeta 1

Se hacen marcas a lado y lado de la probeta tal que la distancia al borde sea de no menos

de 2in, además se hace una marca en el centro de la probeta para ubicar la carga conprecisión.

Se coloca el soporte en la maquina universal y se ajusta a la longitud entre las marcas de

los lados de la probeta.






Soporte Utilizado Para El Ensayo de flexión

Se coloca la probeta sobre el soporte y se alinean las marcas de la probeta con los rodillos

del soporte.

Luego se coloca un bloque de soporte entre la cabeza de la máquina y la probeta de tal

manera que quede alineada con la marca central de la probeta, con el fin de que la carga

se haga en el centro de ésta.






Montaje Final Del Ensayo de Flexión

Después de que la probeta esta lista se le aplica carga de manera continua a una velocidad

tal que la mesa tenga un avance de 0.5 mm/min, hasta llegar a la rotura de la pieza, dicha

rotura se da en un plano paralelo al de aplicación de la carga en el centro de luz entre los

soportes laterales.






La máquina toma lecturas de la carga y la deflexión que son graficadas a continuación.

Grafica Deflexión Vs Carga 1

Podemos ver que la gráfica tiene ciertas discontinuidades tal vez debidas a

malformaciones en las zonas de la pieza que entran en contacto con los soportes.

De los datos arrojados por la maquina podemos calcular el módulo de rotura de la

siguiente manera:






Donde:

R= Módulo de rotura.

Pmax=carga máxima aplicada por la maquina o carga de rotura.

l= espacio entre los soportes o luz de la viga.

b= base de la sección transversal.

d=altura de la sección transversal de la probeta.

()

Es importante en los ensayos que se hacen al concreto, revisar el número de piedras

fracturadas y el número de piedras desprendidas, esto sirve para determinar fallas en el

agregado puesto que se espera que la mayor parte de la carga la soporte la parte gruesa

del concreto, si hay un alto porcentaje de piedras desprendidas debemos revisar el

agregado, pues está fallando.






Ensayo De Flexión De Una Probeta De Fibra De Vidrio

La probeta que utilizamos para este ensayo es una probeta de fibra de vidrio reforzado

con perfil H con las caras lisas. Este material es muy utilizado en la industria por du alta

resistencia y su gran facilidad para adoptar cualquier forma. El objetivo de este ensayo es

determinar el módulo de rotura del espécimen.

El ensayo se dividió en dos partes. Primero se cargó la probeta hasta 4kN y se descargó,

luego se colocó la probeta de lado y se cargó hasta la ruptura.

Lo primero que se hizo fue tomar las dimensiones de la probeta teniendo las siguientes

medidas:

Ancho =58 mm

Alto= 56 mm

Longitud=45 mm

Espesor del alma=18mm

Alto del alma=18 mm

Espesor del ala=19 mm






Especificación de las medidas del perfil

Luego se marcó el centro de la probeta para poder ubicar aquí la carga.

Se puso en el soporte y se procedió a Iniciar la aplicación de la carga.

Se aplicó carga progresivamente hasta llegar a los 4kN, luego se retiró la carga.







Calculamos el esfuerzo máximo de la siguiente manera.

Enseguida se retiró la probeta, se giró 90° de perfil y se inició nuevamente el ensayo, pero

esta vez se cargó hasta la ruptura.

M max Pmax l

2

M max 4009.38 N 0 . 04 5 m

290. 211N m

I 8299. 3710

9 m4

C 0.028m

max M max C

I

max 30.456 MPa






Al ser un material de fibra, la carga se distribuyó de tal manera que existió una

concentración de esfuerzo en tensión, eso se vio al romperse la probeta en las caras, pues

la fibra distribuye el esfuerzo a través de toda la probeta.

Vista de la fisura en la cara de la probeta







También pudimos ver en la gráfica de carga vs deflexión que la probeta tiene un

comportamiento plástico, donde sin aumento substancial en la carga, la deflexión

aumento considerablemente hasta un punto que podríamos llamar de fractura, aunque la

maquina siguió entregándole carga a la probeta llegando luego a soportar una gran carga

aun después de la ruptura.

Como en el anterior ensayo de flexión hallaremos el módulo de rotura por flexión con los

datos que la maquina nos arroja.






Ensayo De Flexión De Una Probeta De Madera

La probeta de madera utilizada para este ensayo es de sección transversal rectangular, se

tomaron las siguientes medidas del espécimen:

Ancho=48 mm

Alto=15 mm

Longitud=450 mm

Se le aplicó carga progresivamente hasta la ruptura.







Podemos ver del grafico de deflexión vs carga que la probeta llego a la falla cuando su

deflexión era de 19 mm, esta ruptura no fue de toda la pieza sino de una parte de ella, por

eso la máquina continuó aplicando carga hasta que llego a la ruptura total de la probeta.

Los ensayos en probetas de madera dependen del tipo de madera y de la forma de las

fibras naturales de la madera.

Sin tomar en cuenta los datos obtenidos después de la falla del material calculamos elmódulo de rotura de la probeta así:






M max Pmax l

2

M max 2200N 0.45m

2495.0 N m

C 0.0075m

I 13,5109 m4

max M max C

I

max 275MPa






CONCLUSIONES

Basados en los resultados recolectados y analizados en el laboratorio podemos

darle con certeza un buen factor de seguridad a la estructura final que la de

confianza al beneficiario.

Antes de fabricar un pieza o estructura es necesario analizar los materiales utilizar

para estar seguros que el producto final suplirá plenamente la necesidad.

Los materiales duros como el concreto tienen una zona plástica casi nula, esto

genera fallas instantáneas que pueden ser mucho más peligrosas que las fallas en

materiales más frágiles.

Los resultados de cada ensayo nos dan idea general de la calidad del material a

utilizar logrando así tomar una buena decisión al momento de la construcción

garantizando un excelente funcionamiento con una considerable vida útil.

Cuando los resultados en las pruebas no son los esperados nos permite buscar las

causas en el bajo rendimiento del material y además de corregirlas. De no ser

posible nos permite cambiar de proveedores antes de hacer una inversión

definitiva en los materiales a utilizar.






La madera es un material que trabaja muy bien a flexión ya que tiene una buena

elasticidad debido a la disposición de sus fibras, además que da un gran rango de

tiempo, contado desde que empieza a fallar hasta su ruptura total, lo que lo que

permite evitar posibles accidentes fatales.

Es recomendable no trabajar los materiales puros, sino darles un tratamiento

previo para mejorando drásticamente sus características mecánicas, como es el

caso de la madera reforzada con fibra de vidrio.

En el ensayo de tracción indirecta o método brasilero es muy importante que la

probeta esté bien apoyada y además aplicarle una fuerza totalmente uniforme

para que no se afecte la calidad de los resultados.

En la probeta analizada a flexión se debe dejar un espacio prudente medido desde

los extremos de la probeta hasta los puntos de apoyo garantizando de esta forma

que falle por flexión y no por cortante, además para no alterar los resultados esnecesario que en los tres puntos de apoyo de pieza este lo más homogénea

posible.

Para garantizar la calidad del material compuesto es necesario que todos los

componentes estén en óptimas condiciones para que cada cual cumpla con su

función.

Documents

Resistencia De Materiales Informe - Ensayos De Flexión